Metal ısıtıldığında genleşirse, bir cıvatanın ısıtılması onu nasıl gevşetir?

Sıkışmış bir cıvatayı sökmekte güçlük çekiyorsanız, genel olarak cıvatayı ısıtmak tavsiye edilir. Ancak, metal ısıtıldığında genleşirse, cıvatayı ısıtmak sadece sökülmesini zorlaştırmaz mı? Cıvatayı ısıtmak nasıl sökülüyor?

Cevap şaşırtıcı derecede basittir: cıvata genişler, ancak somun daha genişler .

Burada olan iyi eski termal genleşmedir:

• Cıvata ısıtılır ve dışa doğru genişler, yarıçapı artar
• Somun ısıtılır ve ... dışa doğru genişler, yarıçapı artar

Şimdi, somunun yarıçapı cıvatadan biraz daha büyük olduğundan ve artış dinlenme uzunluğuyla orantılı olduğundan, somun biraz daha genişler.

Demir, 10 ^-5 / K basketbol alanında termal bir katsayısına sahiptir . Bu, sıcaklıktaki her 1 K artış için, ^10-5 boyutunda bir artışa sahip olduğunuz anlamına gelir : 1 m çubuk, 1.00001 m uzunluğunda olur.

Cıvata r = 1.5 mm ise ve somun R = 1.501 mm ise, sıcaklık 500 K artarsa ​​ne olur? İyi:

• r = 1,5 * (1 + 500 x ^10-5 ) mm = 1,5075 mm
• R = 1.501 * (1 + 500 x ^10-5 ) mm = 1.508505 mm

Gördüğünüz gibi, ısıtmadan önce R - r = 1 μm, sonra R - r ≈ 1,001 μm. Arttı!

Lütfen numaralarımın oldukça vahşi olduğunu ve sadece örnek vermek için kullanıldığını unutmayın. Başlangıç ​​değerlerini yanlış anladığımdan eminim, ancak yine de mesajı iletmeye yardımcı olduklarını umuyorum.

Sır, sınırlı genişlemedir .

İşte nasıl çalıştığını açıklamaya yardımcı olacak bazı grafikler.

^{Cıvata bir deliğe sıkışmış}

Cıvata ısıtıldığında genleşir. Cıvatanın şaftı kısıtlı olduğundan, deliğin içinde genişleyemez.

^{Cıvata yeşil ok yönünde genişler, ancak kırmızı okların yönünde genişleyemez.}

Cıvata soğudukça büzülür. Bununla birlikte, daralma sınırlı değildir. Bu, cıvatanın her yöne daralabileceği ve cıvatanın biraz daha küçük olması anlamına gelir.

^{Cıvata her yöne daralabilir.}

Cıvata soğuduktan sonra, çıkartılması daha küçük ve daha kolay olmalıdır.

Bunun genelde işe yaramasının asıl nedeni pasın paslanmış çelikten önemli ölçüde daha büyük olmasıdır, bu yüzden cıvata ilk etapta sıkışmış olur. Bazı durumlarda, ısının çalışmasının sebebi, cıvatanın sökülmek için ısıtmayı gerektiren bir diş kilitleyici ile uygulanmasıdır (pas işareti çıkmazsa, bu oldukça iyi bir bahisdir).

Birçok pas formu "kimyasal olarak bağlı su" içerir ve yeterince ısıtıldığında bu suyu kaybeder (ve büzülür).

Bir halkada düzenlenmiş metal ısıtıldığında dışa doğru genişler. İnce bir tel halkasının ısıtıldığını hayal edin - esas olarak uzunluğu boyunca genişleyerek hem iç hem de dış çapları daha büyük hale getirir. Aynısı bir cıvata deliği etrafındaki malzeme ile de oluşur.

Genellikle etraftaki parçayı ısıtmaya çalışıyorum, cıvatayı değil. Bununla birlikte, cıvata doğrudan ısıtılsa bile, iletim genellikle çevre malzemenin ısınmasına ve dolayısıyla deliğin genişlemesine neden olur.

Bu konuda daha fazla bilgi

Bir rondela veya içinde delik bulunan başka bir metal halka veya disk düşünün. Halka ısıtıldığında, halkanın genişlemesini bekleriz ve deneyler genişlediğini onaylar. Ancak, halkadaki delik aynı boyutta genişler, büzülür veya kalır mı?

... [T] bir Mason kavanozu açmaya çalıştığınızda ne yaptığınız konusunda endişeleniyor ve metal vidalı kapak sıkışmış durumda. Kapak üzerine bir kaşıkla hafifçe vurun (sıkışmış kapağın herhangi bir kısmını gevşetmeyi denemek için) veya kapağı sıcak su altına yerleştirin. İkincisi yapıyorsunuz çünkü metal kapağın cam kavanozdan daha fazla açılacağını biliyorsunuz ve böylece kapağı çıkarmak daha kolay olacak.

Ve metal kapağın cam kavanozdan daha fazla genişleyeceğini söyleyerek, gerçekten demek istediğimiz kapaktaki deliğin genişleyeceğidir.

Tecrübelerime göre donmuş bir cıvatayı kabarıncaya, kızarıncaya ve yumuşayana kadar ısıtmalı ve sıcak ve yumuşakken çıkarmalısınız. Cıvatayı ısıtmak ve soğumasını sağlamak bana hiç yardımcı olmadı. Metal daralırken cıvata ele geçirir; genellikle gevşetmez ... muhtemelen durumu daha da kötüleştirir.

Aynısı birbirine yapışmış bardakları içmek için de geçerlidir ... soğuk, kasılma, yakalanmanın sebebidir .

@Vladimir Cravero (yorum yapmak için üzgünüm rep yeterli değil) ...

Cevabın açıklığa kavuşturulması gerektiğini düşünüyorum. Somun "daha" genişlemiyor, daha büyük biter ama% artış aynıdır.

r = 1.5*(1+500*10-5) mm = 1.5075 mm         
R = 1.501*(1+500*10-5) mm = 1.508505 mm         

        start   after heat      increase amt    % inc
bolt    1.5     1.5075          0.0075          0.5000%
nut     1.501   1.508505        0.007505        0.5000%

Isıtmanın etkisine dair algım, yalnızca cıvata ve somun veya bloğun genişlemesi değil, aynı zamanda aralarındaki boşluğun da genişlemesidir, bunu unutma.

        start   after heat      increase amt    % inc
space   0.001   0.001005        0.0000050       0.5000%

arasında da biraz daha büyük boşluk, daha kolay çıkarılabilir. :)

Bence bu etkiye katkıda bulunan birçok faktör var ama birinin bahsetmediğini düşünüyorum. Sıkışmış bir cıvatayı serbest bırakmak için bir başka yol da sertçe vurarak onu şok etmektir. Genelde bu, valf gibi büyük bir şey yaptığınız bir şeydir ancak temel sorunun aynı olduğunu düşünüyorum. Pas için bunun oksidin kırılgan yapısını parçalayabileceğini beklerdim. Diğer bir faktör ise iki tür sürtünme olmasıdır. Statik sürtünme ve kinetik sürtünme var. Bir zeminde ağır (dolu) bir karton kutu düşünün. Kaydırmaya çalışırsanız, başlangıçta 'sıkışmış' olacaktır. Kutu hareket etmeye başladığında, çok daha kolay kayar. Aynı sebep, arabadaki frenleri kilitlemenin de kötü olması. Kauçuk kaymaya başladığında, sürtünme önemli ölçüde azalır.

Sıcaklık, bir maddenin moleküllerinin ortalama kinetik enerjisinin ölçüsüdür. Yani, moleküller mutlak sıfırdan daha sıcak olan herhangi bir maddede hareket ediyorlar ve ne kadar hızlı hareket ediyorlarsa, sıcaklık da o kadar yüksek oluyor. Bir şeyi ısıtırken, sisteme kinetik enerji ekliyorsunuzdur. Bu kelimenin tam anlamıyla cıvatanın moleküllerinin daha hızlı hareket etmesine neden oluyor. Bir katı içinde, moleküller uzayda serbestçe hareket etmiyor ve esasen titrer. Aşağıdaki görüntü, metal moleküllerin ısıtıldığında nasıl hareket ettiğini göstermektedir.

Bu enerjisel hareketin kendi başına keskin bir vuruşun neden olduğu şok dalgası ile aynı etkiyi yaratması mümkün olduğunu düşünüyorum. Bu ve cıvata ve somun boyutunda eşit olmayan bir değişiklik statik sürtünmeyi kırabilir ve / veya kırılgan pası paramparça edebilir. Eğer paslanmış bir dökme demir tavaya sahipseniz, bir çözümün sıcak ateşe verilmesi olduğunu ve pasın kolayca düşeceğini biliyorum.

Isı anında hareket etmediği için somun cıvatadan daha fazla genleşir ... eğer doğru zamanlar alırsanız ... önemsiz değildir. Bir somun / cıvata yerine bir yatak için, bu [endüksiyon] ısıtma, bu videoda gösterildiği gibi, örneğin takmak için daha fazla bir sanayi çıkarma yöntemidir . Bu durumda, çıkarma halkası yeterince ısıtıldığında, çıkarma işlemi anında gerçekleşir. Somun / cıvata ile ilgili sorun, somunu sökmeden önce, cıvataya çok fazla ısı aktarılmış olabileceğidir. Bu sanatın uygulayıcılarından alıntı yaparak "cıvatayı değil somunu ısıtmak istiyorsunuz".

Mesele, bunu yapmanın tek bir yöntemi olmadığı gerçeğiyle daha da karmaşıklaşıyor. Sen görebileceğiniz bu diğer videodasomunun cıvatadan daha beyaz olması, ısıtıldığında çok daha sıcak olması anlamına gelir. Yakalama şu ki, somun çıkarılınca, artık [son videoda] artık parlamıyor, dolayısıyla sıcaklıklarını [fark] görsel olarak söyleyemiyoruz. Ancak hava çok daha iyi bir yalıtkandır, bu yüzden cıvatanın somundan daha hızlı soğuduğundan şüpheleniyorum çünkü radyatör görevi gören daha fazla metalle temas ediyor. Termal kameralı bir video kesin bir kanıt olurdu, ama bir tane bulamadım. Bu son videonun açıklaması ayrıca aşındırıcı bağların ısınma ile de gevşettiğini söylüyor; bu da doğru olabilir, ama bilimi bu konuda kontrol etmedim; Bu iddia aynı zamanda, bu bağların soğutma yoluyla derhal geri yüklenmediğini varsaymaktadır.

Ve soru sorucunun kendi cevabında gösterilen senaryo için: pratikte bu şekilde çalışmaz. Bu yarım saatlik videonun 2. yarısını izlerseniz , dostum çerçeveyi cıvatanın kendisinin etrafından dikkatle ısıtıyor ve "somun" büyük bir parça olduğunda başarılı olmak çok zaman alıyor, sabır ve özen gösteriyor.

Hiç kimsenin cıvatanın başının, yüzeydeki gerilimi gevşeterek uzadığını ve böylece kapanmasını sağlayacak kadar gevşetmediğini söyleyen basit bir cevabı var. Bazen cıvatalar paslanmış olmasa bile çok sıkıdır.

Pas veya tortunun gevşemeyi önlemede bir etken olması durumunda, yüksek ısının döküntülerin ısıyla gevşemesine ve gevşemesine neden olarak, cıvatanın veya söz konusu parçanın kolaylıkla dönmesine izin vereceğine inanıyorum.

Kapı pervazına bir kuruş koyun ve kapatın. Kapıyı açmak neredeyse imkansız olacak, çünkü sürtünme onu yerinde tutacak. Kapının geri kalanının bükülmesi, hareket etmesini önler. Bir paslanmış cıvata temelde aynı prensiptir - oksitlenmiş metal tarafından cıvata dişlerinde oluşturulan birçok küçük bağ, dönmesini engeller.

Metalin ısısı ve genleşmesi bu bağları koparmaya yaradı. Termodinamik ya da herhangi bir başka bilim-saçmalık ile ilgisi yok. Genleşen metalin pas kırma işleminin basit mekanik etkisidir.